Atomare Auflösung der Spinkonfiguration an Grenzflächen funktionaler Materialien mittels Transmissionselektronenmikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Rafal E. Dunin-Borkowski
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392476493

Neue energieeffiziente Informations- und Kommunikationstechnologien stellen immer höhere Anforderungen an die Leistungsfähigkeit magnetischer Materialien. Die entsprechenden Herausforderungen an die Materialentwicklung setzen die Kenntnis der lokalen Spinkonfiguration der Materialien auf der atomaren Skala voraus, so dass ihre physikalischen Eigenschaften vorhergesagt und kontrolliert werden können. Im Rahmen dieses gemeinsamen chinesisch-deutschen Forschungsprojekts werden wir magnetische Abbildung und Spektroskopie der Spinkonfiguration an Grenzflächen funktionaler Materialien auf der atomaren Skala entwickeln, um fundamentales Verständnis der physikalischen Ursachen neuer magnetischer Kopplungsphänomene zu erlangen. Unser Konzept stützt sich auf die Kombination anaxialer Elektronenholographie (EH), magnetischem zirkularen Elektronendichroismus (EMCD), räumlich aufgelöster Elektronenenergieverlustspektroskopie und chromatischer Aberrationskorrektur. Insbesondere die chromatische Aberrationskorrektur birgt das Potential die räumliche Auflösung der magnetischen Charakterisierung mittels EH und EMCD bis auf die atomare Ebene zu verbessern. Der kombinierte Einsatz dieser Techniken verspricht vollständige vektorielle Information über die Magnetisierung eines Materials auf der atomaren Ebene und bietet somit höchstaufgelöste dreidimensionale Spininformation. Das kooperative Zusammenwirken von Spin-, Ladungs-, Drehmoment- und Gitterschwingungsfreiheitsgraden an Grenzflächen ermöglicht auf atomarer Skala die experimentelle Erforschung von Austauschfeder-Magneten, magneto-elektrischer Kopplung an Grenzflächen zwischen ferromagnetischen und ferroelektrischen Materialien, Austauschvormagnetisierung an Grenzflächen zwischen antiferromagnetischen und ferromagnetischen Materialien und magnetisch tote Lagen an Grenzflächen zwischen dünnen magnetischen Filmen und Substraten. Da die aberrationskorrigierte Transmissionselektronenmikroskopie grundsätzlich Zugang zur lokalen Struktur und chemischen Zusammensatzung gewährleistet, können die gemessenen Spinkonfigurationen mit lokaler atomarer Ordnung, Dehnungsverteilung, Elementdiffusion, chemischer Bindung, Ladungstransfer, orbitaler Kopplung und Symmetriebrechung auf atomarer Ebene korreliert werden. Diese Kombination von Methoden wird zum detaillierten fundamentalen Verständnis der physikalischen Ursachen der Eigenschaften magnetischer Materialien auf atomarer Ebene beitragen und zu neuartigen Entwicklungen magnetischer Materialen für zukünftige Anwendungen mit verbesserten Gerätefunktionalität führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Mitverantwortliche: Dr. Lei Jin; Dr. Amir Tavabi
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Rong Yu; Professor Dr. Xiaoyan Zhong; Professorin Jing Zhu